量子传感器以超高灵敏度著称，可用于微弱磁场、温度及局域环境变化的精密测量，被视为进入纳米尺度生命过程研究的重要工具。
但在实际生物场景中，量子传感面临“既要灵敏、又要稳定”的双重门槛：一方面，传统方案多以金刚石氮空位中心为核心，需要较强光激发或较苛刻的工作条件；另一方面，强光可能引发光热效应与背景噪声，在复杂生理环境中造成信号漂移、闪烁甚至被测样品受到扰动，从而制约了其在活体、动态体系中的长期稳定应用。
问题的关键在于材料表面与环境之间的相互作用。
用于量子探测的色心量子比特通常需要靠近材料表面，以提高对外界信号的感知能力；然而，“越靠近表面越灵敏”的同时也意味着更容易受到表面缺陷、吸附分子、电荷波动等因素影响，导致自旋退相干加剧、荧光不稳定等现象。
尤其在生物溶液、细胞外基质等复杂体系中，界面化学更为活跃，表面态若难以控制，器件性能就难以可靠复现。
针对上述瓶颈，天津理工大学科研团队将目光投向具有良好生物相容性与工艺兼容性的碳化硅材料，选择其中的浅层双空位色心作为量子比特载体，并从“表面化学可控”入手提出解决思路：通过分子级烷烯表面修饰，在碳化硅表面构筑稳定的钝化保护层，实现对表面态的精准调控，降低表面缺陷引起的电荷噪声与非辐射复合，从源头减少退相干与荧光闪烁。
相关成果近日发表于国际期刊《自然·材料》。
从影响层面看，这一思路的价值不仅在于提升单项指标，更在于增强量子器件在真实应用条件下的“可用性”。
实验结果显示，经过表面烷烃化修饰后，器件在室温条件下的光稳定性与自旋相干时间均获得显著改善，磁场探测灵敏度达到约13 nT/√Hz。
这意味着在不依赖低温或额外复杂条件的前提下，浅层色心仍能维持较高质量的量子读出信号，为在生理温度、液相环境及长期测量任务中保持可靠性能提供了支撑。
原因分析表明，量子传感走向生命科学应用，核心不只在“找到合适的色心”，更在于建立可复制、可扩展的界面工程能力。
以往不少量子传感方案在实验室条件下表现突出，但在跨场景迁移时容易因界面化学差异而波动。
此次研究通过分子工程形成稳定钝化层，实质上是把影响量子态的“环境变量”转化为可设计的“工程参数”，为量子器件从概念验证走向系统集成提供了路径。
对策层面，该成果提示未来量子生物传感器的研发应形成“材料—界面—器件—应用”协同框架：在材料选择上兼顾生物惰性与微纳加工可行性；在界面层面建立可量化的表面态调控方法，降低噪声源；在器件层面推进阵列化、芯片化与封装标准化；在应用层面面向细胞代谢、神经电生理、药物作用机制等具体需求，形成可验证的指标体系与实验范式。
前景上看，随着表面分子工程、微纳加工与生物实验平台的交叉融合，室温、高稳定、低干扰的量子传感器有望在生命科学研究中承担更精细的“原位测量”任务，并推动相关测量方法向更低侵入、更高时空分辨率发展。
与此同时，成果走向应用仍需在复杂生物介质中的长期可靠性、批量制备一致性、与现有成像与电生理技术的兼容性等方面持续攻关，以形成面向临床前研究与产业化的完整技术链条。
从实验室的基础研究到临床应用的最后一公里，碳化硅量子传感器的突破彰显出我国在交叉学科领域的创新实力。
这项技术不仅重构了量子测量的物理边界，更重新定义了生物医学检测的精度标准。
当量子科技真正走进手术室和检验科时，人类或将迎来疾病诊断的"原子级洞察"时代。